Laser Focus World JAPAN　レーザーフォーカスワールドジャパン

November 14, 2011, Los Alamos--ロスアラモス(LANL)の研究者がNatureに発表したところによると、量子ドット点滅現象の理解に大きな進歩があった。
研究者たちの発見によって、生物学者は単一分子のトラッキング能力が向上し、技術者は新しいLEDやシングルフォトン光源を創ることができ、エネルギー研究者にとっては新しいタイプの高効率太陽電池の開発促進が可能になる。
最も素晴らしいことは、点滅が制御可能であり、電気化学的に完全抑制さえできることを示したことだ。研究グループは、一個の量子ドットの充放電をコントロールしながら、その点滅動作をモニタできる新しい分光電気化学実験を開発した。この実験により、2つの明確に区別できる点滅メカニズムの発見が容易になった。LANLの研究者でCASP(Center for Advanced Solar Photophysics)ディレクタ、Victor Klimov氏によると、「この成果はLEDやシングルフォトン光源から太陽電池に至るまでのアプリケーションに向けた、安定で点滅フリーの特性を持つナノ構造開発における重要な第一歩」ということになる。
量子ドットは、直径1~10nmの粒子。この微小領域で、量子物理学の法則により研究者たちは細かく調整でき、サイズに依存した電気・光特性をもつ粒子を実現できる。
ナノ結晶量子ドットでは、光の吸収または電流で励起される色が、赤外から可視、UVスペクトラルまで正確に調整でき安価であり、しかも作製が容易。欠点は、量子ドットの光特性が時間的にランダムに変わること。この変化の最も劇的な変化は量子ドット点滅(blinking)だろう。
それに、電流や光で励起されると、オージェ再結合効果を示し、LEDでは光出力と競合し、太陽電池では電流出力低減となる。点滅もオージェ再結合も量子ドット効率低下を招き、それらをコントロールする研究がこれまで焦点となってきた。
点滅のメカニズムを探るために、CASPのポスドク研究者Christophe Galland氏は、CINTやCASPの共同研究者とともに、新しい分光電気化学実験を開発した。これにより、2つの点滅メカニズムが発見された。
第一のメカニズムは量子ドット点滅の従来の概念と一致するもので、ドットコアにおけるランダムな充放電。このモデルでは、充電された状態が「ダーク」になる。これは高効率の非放射オージェ再結合のためだ。
第2のメカニズムは予期しないものだった。量子ドットの大半は、ドット表面の欠陥「トラップ」の充填と空乏化による点滅だった。充填されていないと、このトラップがフォトンを出すはずの「ホット」な電子を捕まえ、したがって点滅する。量子ドットの光物理特性をさらに研究することで、この現象の包括的な理論モデルが作れると研究者たちは考えている。
(詳細は、www.lanl.gov)